相变微胶囊整理棉织物的结构与性能

羊毛角蛋白相变微胶囊的制备及其在棉织物上的应用张涛;李宏伟;张梅;王建明【摘要】为了扩展角蛋白的应用范围,在羊毛角蛋白溶液中用界面聚合的方法制备了含羊毛角蛋白的相变微胶囊.借助激光粒度仪、扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)、热分析仪(DSC和TG)等方式研究了微胶囊的粒度及其分布、表面形貌、分子结构、相变潜热和热稳定性.用微胶囊乳液对棉织物进行浸轧整理,并对其性能进行测试.结果表明:所制备的含羊毛角蛋白相变微胶囊平均粒径为8 μm,表面光滑圆整、分散良好无黏连;热分析显示包覆率为46.45％,相变潜热为121.13 J/g,微胶囊耐热温度为182℃.经浸轧处理后微胶囊形态基本保持完整,可以较好地整理到棉织物表面,整理后的棉织物具有调温性能,经、纬向断裂强力和断裂伸长率均提高,但其透气性能下降18％.【期刊名称】《毛纺科技》【年(卷),期】2018(046)009【总页数】6页(P36-41)【关键词】羊毛角蛋白;相变材料微胶囊;浸轧;调温织物【作者】张涛;李宏伟;张梅;王建明【作者单位】北京服装学院材料科学与工程学院,北京100029;北京服装学院材料科学与工程学院,北京100029;北京市纺织纳米纤维工程技术研究中心,北京100029;北京服装学院材料科学与工程学院,北京100029;北京服装学院材料科学与工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TS195.6;TB34相变微胶囊(Microencapsulated Phase Change Materials，MicroPCM)指的是应用微胶囊技术在相变材料表面包覆一层性能稳定的膜而形成的微细颗粒[1]，这种固体微粒可在小温度范围内吸收或释放可观的相变潜热，具有较显著的蓄热调温功能。

将相变微胶囊应用到纤维及纺织品，可以制备成调温织物。

目前在制备相变微胶囊的过程中，常用乳化剂有苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚(Tween)、失水山梨醇脂肪酸酯(Span)等[2]，而非离子表面活性剂存在浊点限制、不耐碱、价格较高等劣势[3]。

相变微胶囊调温纤维
相变微胶囊调温纤维是一种新型的可调温度纤维材料。

该纤维的
特殊之处在于其具有相变微胶囊技术。

这种技术可以让纤维表面或者
内部嵌入微小的胶囊，胶囊内部充满了可进行物理或化学相变的物质，例如相变材料。

通过这种技术，纤维可以在热场或冷场下进行相应的
相变而自动地吸热或散热，以达到调节温度的目的。

因此，相变微胶囊调温纤维在冬季可以让人感受到温暖，而在夏
季则可以让人感到更为凉爽舒适。

这种纤维在卫生、医疗、服装及家
用纺织品等领域都有广泛的应用。

由于其良好的温控性能，它被广泛
用于航空、高铁等领域的特殊服装研发和生产。

相较于传统纤维材料，相变微胶囊调温纤维具有更为广阔的应用空间与市场前景。

调温微胶囊的制备及性能1 前言微胶囊技术的研究开始于20世纪30年代，至80年代已取得很大进展。

应用范围也从最初的药物包覆和无碳复写纸扩展到医药、食品、农药、饲料、涂料、油墨、粘合剂、化妆品、洗涤剂、感光材料、纺织等行业，得到了广泛的应用。

研发调温微胶囊的目的主要是用于研制调温纺织品。

调温纺织品技术被认为是继Gore-tex 以来最重要的纺织技术[1] 。

具有蓄热调温性的纺织品用途将会越来越广泛，不仅可用于运动衣料、防寒服，还可以做成絮片，使之用于被褥及一些高精密仪器的保温层。

后者的使用，将会使一些高科技领域，如航空、航天、航海领域对这种纺织品的需求大为增加。

目前国内纺织行业应用微胶囊主要是在印染和后整理方面，包括芳香、防蚊、微胶囊染色和印花等。

2 调温机理调温微胶囊是利川特殊的聚合物作壁材，相变物质作芯材制备的。

其中芯料的相变材料在温度高于相变点时吸收热量而发生固→液相变: 当温度下降至低于相变点时，发生液→固逆相变而释放热量。

利用相变材料这种蓄热、放热作用，可以调整、控制工作源或材料周围环境的温度，减轻能源的供求之间在时间和速度上的小匹配程度。

相变材料在产生相变时能够吸收发热体的热量，使其温度不再升高或升高较小；当发热体不工作时，其温度降低，相变材料可以恢复原来的相结构，因此可以多次重复使用[2] 。

3 实验材料与实验方法3·1 实验试剂与仪器特种石蜡（进口分装）、脲、甲醛、三乙醇胺、柠檬酸、氯化钠。

PERKIN-ELMER DSC-7型差热扫描量热仪KYKY-2800扫描电子显微镜LH-2 型恒温水槽JB5O-D型增力电动搅拌机Nikon SEType102显微镜3·2 实验方法3·2·1 相变物质综合考虑微胶囊破损时的安全性、腐蚀性，选择有机类的石蜡做为调温的相变物质。

3·2·2 微胶囊的壁材合成高分子包裹材料成膜性和化学稳定性好，膜的性能可通过多种手段调节[3] 。

微胶囊技术与纺织品功能性整理作者：李扬来源：《纺织报告》 2017年第3期微胶囊技术是一种把固体或者液体用成膜材料包裹形成微小粒子的技术。

制得的微小粒子叫微胶囊，一般颗粒大小在微米或毫米的范围内。

微胶囊技术在纺织行业中应用较广泛，利用微胶囊产品的缓释性能、发泡性能、隔离性能，赋予纺织品一些特殊的功能，如驱蚊防虫、防皱拒水、抗菌等。

1 微胶囊的构成微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包物。

其大小一般为5-200μm 不等，形状多样，取决于原料与制备方法。

被包埋的物质称为芯材，包括香精香料、酸化剂、甜味剂、色素、脂类、维生素、矿物质、酶、微生物、气体以及其它各种饲料添加剂。

包埋芯材实现微囊胶化的物质称为壁材。

1.1 微胶囊的芯材芯材可为油溶性、水溶性化合物或混合物，其状态可为粉末、固体、液体或气体。

可包囊物的品种极其繁多，如交联剂、催化剂、化学反应剂、显色剂、给湿剂、药物、杀虫剂、矿物油、水溶液、染料、颜料、洗涤剂、食品、液晶、溶剂、气体、疏水化合物及无机胶体等。

1.2 微胶囊的壁材壁材：可用作微胶囊包囊材料的有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料，视所包囊物质（囊心物）的性质，油溶性囊心物需选水溶性包囊材料，水溶性囊心物则选油溶性包囊材料，即包囊材料应不与囊心物反应，不与囊心物混溶。

高分子包囊材料本身的性能也是选择包囊材料所要考虑的因素，如渗透性、稳定性、溶解性、可聚合性、粘度、电性能、吸湿性及成膜性等。

2. 微胶囊在功能性纺织品上的应用2.1 微胶囊的制备方法纺织品功能性整理加工中常用到的微胶囊制备方法主要有界面聚合法、原位聚合法、水相分离法、油相分离法和包结络合法2.1.1 界面聚合法自从 1957 年美国杜邦公司用界面缩聚反应制备聚酰胺取得成功之后，界面聚合法即被开发应用于制备微胶囊。

界面聚合法是以化学反应为基础所开发的微胶囊制备技术，囊芯被通过聚合反应生产成膜材料的单体小分子所包覆。

近年来，一种新型的舒适性纺织品正引起越来越多的研究人员的关注，通过将相变材料微胶囊与纺织品结合，制造出了能够在室温上下吸收或放出热量的纤维和纺织品，它能够随所处环境的变化而吸收或放出能量，从而减低人体皮肤表面温度的波动，提高服用舒适性。

这种智能调温纺织品最早是Triangle研究发展公司（TRDC）在美国自然科学基金下进行研究的，他们将相变材料微胶囊添加在纺织品中用于生产更暖、更薄的手套衬，用于在极端低温环境中作业的飞行员和地勤人员。

随后，他们又将这种织物应用于生产袜子、内衣、衣服内衬等等。

现在，已有相关产品进入了市场。

该产品一经推出，立刻在国际纺织界引起极大轰动。

到目前为止，德国、日本、瑞典、韩国、新加坡、葡萄牙、中国等都已开始了这方面的研究。

蓄热调温纺织品技术被美国Newsday选为“改变21世纪人类生活的21项革新”之一。

可以预见，随着相变材料微胶囊技术的进一步成熟，蓄热调温纺织品将会对我们的生活发挥越来越重要的作用。

制造技术PCM纺织品的制造技术主要有涂层法和纺丝法两种。

微胶囊涂层技术，研究者采用一种涂层处理基材，涂层剂包括聚合物粘合剂、相变材料微胶囊，涂层剂在特定温度下有特殊的热效应。

实验人员以平均分子量1000的聚乙二醇为相变物质，密封于微胶囊中，涂层于织物表面，制成放热温度7～11℃，吸热温度28～31℃的织物，可用做冷库和登山队员服装。

胶囊纺丝技术主要有两种方法，溶液纺丝和熔融纺丝。

美国采用湿法纺丝制造出了添加有含PCM或塑晶材料的微胶囊的纤维。

据报道，在蓄热调温腈纶中相变材料的最大加入量为8％，能生产的单丝纤度为2.2dtex。

但是，湿法纺丝工艺的纺程较长、污染较大、产量较低，并且微胶囊的理论添加量也较低。

而采用熔融纺丝工艺能够较好地解决上述问题，故采用熔融纺丝法是目前研究的一个热点。

美国的TRDC公司从1999年开始就一直致力于相变材料微胶囊在熔纺工艺中的应用。

他们对胶囊的耐热性进行了系统的研究，表明直径在10微米左右的胶囊具有最好的耐热性，并将胶囊添加到聚合物熔体中制得了相变材料微胶囊含量为3％的蓄热纤维。

相变微胶囊的制备及其在织物上的应用冬暖夏凉的“智能型”服装一直是人们追求的目标,既有较强的实用性,又具有穿着舒服的特点。

相变材料微胶囊化是近几十年发展起来的一项技术,较大的相变潜热使其具有温度调节的作用,因而在很多领域都有较大的应用,尤其是在纺织服装领域应用越来越广泛。

本文选取正十八烷和石蜡为微胶囊的芯材,以三羟甲基三聚氰胺和六羟甲基三聚氰胺为壁材,通过原位聚合法制备了一系列相变微胶囊。

分别讨论了乳化剂种类、后处理方式、乳化时间、乳化机转速、反应时间、反应温度和pH值等过程参数对微胶囊表观形态、粒径分布的影响。

实验得出制备微胶囊的最佳条件是:乳化剂XP作为实验乳化剂,乳化速度11000r/min,乳化时间20min,反应pH值4.0,加入三羟甲基三聚氰胺后反应2h,再加入六羟甲基三聚氰胺反应2.5h,芯材壁材比为2:1,所得微胶囊分散剂分散后再经超声波处理。

本文应用红外光谱(IR)对相变微胶囊成分进行了分析研究,应用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对相变微胶囊的外观形态进行研究,利用差热扫描量热法(DSC)和热重分析(TG)对相变微胶囊的储热性能、相变性能和热稳定性进行了分析,并分别比较了不同芯材的单壁、双壁微胶囊的性能。

通过光学显微镜和扫描电子显微镜图片分析,制备的单壁微胶囊的粒径较双壁微胶囊粒径要小,但表面形态不及双壁的光滑。

从DSC、TG分析可知,制备所得的相变微胶囊具有较高的热焓值且热稳定性较好,适宜染整加工中使用。

正十八烷的熔融温度在30℃左右,要低于石蜡,更接近人体的实际温度适合用于服用织物,相变焓较石蜡的也要大很多;而石蜡的熔融温度较高,适用于高温作业场合。

石蜡熔融温度为51.70℃,熔融相变热为132.99J/g,石蜡单壁微胶囊熔融相变热为71.79J/g,石蜡双壁微胶囊熔融相变热为65.06J/g;正十八烷熔融温度为30.3℃,熔融相变热为334.6J/g,正十八烷单壁微胶囊熔融相变热为218.3J/g;正十八烷双壁微胶囊熔融相变热为175.5J/g。